• Design & Manufacturing
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• 제18권2호
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• pp.17-22
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• 2024

Lightweight of plastic containers is becoming an important issue due to increasing environmental legislation and consumer awareness. In this study, the CAE analysis was conducted to optimize the shape of a 500 ml lightweight square polyethylene terephthalate(PET) bottle. First, the linear buckling alaysis using the finite element method was performed to analyze the correlation between the primary geometric parameters of the bottle and the buckling critical load. Then, the optimal geometry parameters were derived, and the actual buckling load was predicted by non-linear buckling simulation. The validity of the simulation results was verified by top-loading tests of PET bottles molded with the optimized geometry. The elastic modulus and tensile yield strength of PET through tensile tests were measured to improve the accuracy of the simulation. As a result of the tensile tests, the modulus of elasticity of PET increased from 2,900 MPa to 4,275 MPa, and the tensile yield strength increased from 52.4 MPa to 88.1 MPa. Finally the buckling load of the optimized PET bottle was found to be approximately 236 N, which is very similar to the simulation precition of 238 N. This study shows the feasibility and accuracy of the CAE analysis approach for the lightweight design of PET bottles, and will provide useful guidelines for the design of PET bottles.

• 한국재료학회지
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• 제9권10호
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• pp.962-969
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• 1999

Ag-Cu-Ti 삽입금속을 이용하여 제조된 AlN/Cu와 AlN/W 활성금속브레이징 접합체의 잔류응력을 유한요소법으로 탄성 및 탄소성 해석을 행하여 그 결과를 접합강도 측정 결과와 파단 거동 관찰 결과와 비교, 분석하였다. 최대 잔류 주응력의 크기는 AlN/W 접합체보다 모재간 열팽창계수 차이가 큰 AlN/Cu 접합체에서 더 크게 나타났으며, 접합계면에 인접한 AlN 세라믹스 자유표면에 인장 성분의 응력집중이 확인되었다. 모재와 삽입금속의 탄소성 변형을 모두 고려할 경우, AlN/Cu 접합체의 경우 연질의 삽입금속에 의해 최대 잔류 주응력이 감소하여 소성변형에 의한 응력완화 효과가 있음을 확인하였으나, 100$\mu\textrm{m}$ 이상으로 삽입금속 두께를 증가시키더라도 잔류 주응력의 크기는 더 이상 크게 감소하지 않았다. 측정된 최대 접합강도는 AlN/Cu와 AlN/W 접합체에서 각각 52 MPa와 108 MPa이었으며, 파단 형태는 AlN/Cu 접합체는 AlN 자유표면으로부터 AlN 내부로 큰 각도를 이루면 진행되는 돔형의 파단이, AlN/W 접합체에서는 접합계면의 삽입금속층을 따라 AlN 측에서 파단이 일어나는 형태를 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권6호
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• pp.499-505
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• 2017

본 연구에서는 선형탄성 유한요소해석 방법과 $m_{\alpha}-tangent$ 방법으로 한계하중을 계산하고 이를 기존의 연구들에 의해 제시된 한계하중 식들과 비교하였다. 해석의 대상은 배관계의 대표 형상인 곡관과분기관을 선정하였다. 곡관과 분기관의 형상 변수를 다양하게 바꿔가면서 $m_{\alpha}-tangent$ 방법의 적용가능성을 살펴보았다. 하중은 내압하중과 면내굽힘하중을 각각 고려하였으며 곡관의 경우에는 기존의 한계하중식과 $m_{\alpha}-tangent$방법이 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 하지만 분기관의 경우 형상의 특수성으로 인해 뚜렷한 경향 없이 기존의 한계하중 식과 $m_{\alpha}-tangent$ 방법이 일치하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 $m_{\alpha}-tangent$ 방법이 불연속부의 응력집중현상에 의해 왜곡된 결과를 갖기 때문으로 보인다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6A호
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• pp.513-523
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• 2010

I-거더 형식의 연속교 교각 부근에서는 큰 부모멘트가 작용하게 되며 이로 인하여 소성힌지가 생성된다. 소성힌지가 형성됨에 따라 교각 부근의 부모멘트는 감소하게 되며, 정모멘트부의 휨모멘트는 반대로 증가하게 된다. 이러한 모멘트 재분배가 원활히 발생하기 위해서는 소성힌지가 충분한 휨연성 혹은 단면회전 능력을 가지고 있어야 한다. 하지만 고강도 강재에 있어 재료연성이 다소 떨어지는 경향이 있고, 재료의 항복응력이 증가할수록 I-거더의 탄성 변형량은 이에 비례하여 증가하므로, 소성변형 능력 및 휨연성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 고강도 강재를 I-거더 형식의 연속교에 적용할 때 동일한 수준의 휨연성을 확보할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석 및 실험 연구를 통하여 항복강도 680 Mpa급 강재 적용 I-거더의 휨연성 평가 및 휨연성 확보 방안에 대하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 재료의 인장 강도가 증가함에 따라 탄성 변형이 증가하며 소성 변형 능력이 저하됨으로 I-거더의 휨연성이 현저하게 감소하는 것으로 나타났으며, I-거더의 휨연성 확보를 위하여 부등간격으로 가로보를 배치하는 방안을 제안하였다. 최종적으로 가로보부등배치가 I-거더의 휨연성에 미치는 영향을 실험적으로 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.45-59
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• 2006

탄소성 구성방정식은 주로 미분방적식(rate equation)으로 이루어져 있기 때문에 유한요소법 등을 이용한 지반구조물 해석시 미분방정식들에 대한 수치적분을 수행할 수 있는 방법이 필요하다. 구조물의 거동을 해석할시 미분방정식들을 위한 적분방법은 해석결과의 정확성과 유한요소법 모델링의 안전성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 최근에 개발되어 사용되고 있는 흙에 관한 구성모델인 "Two-surface soil plasticity model (Manzari and Dafalias 1997)"을 Implicit return-mapping 수치적분방법을 이용하여 실행하는 과정을 제시한다. 본 연구에서 사용된 수치적분방법은 Closest-Point-Projection Method(CPPM) 방법으로 탄성 예측자-소성 교정자(elastic predictor-plastic corrector) 개념을 Implicit Backward Euler방법으로 체계화 시킨 알고리듬이다. 본 연구에서 수행한 "Two-surface soil plasticity model"은 조립토의 비선형거동을 해석하며, Bounding surface 개념 및 비선형 등방경화와 이동경화법칙을 사용하는 모델이다. 본 연구는 CPPM 방법이 정확하고 안정되며 유용한 수치적분을 수행할 수 있는 알고리듬이라는 것을 제시한다. 또한, CPPM 알고리듬은 구성방정식의 해를 반복적으로 해석하는 동안 "Consistent tangent operator $d{\sigma}/d{\varepsilon}$"를 제공하므로, 비선형 유한요소 해석이 2차(quadratic convergence rate)의 수렴 조건을 만족하는데 기여한다는 것을 보여준다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.263-270
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• 2020

본 연구의 대상은 도로 폭이 좁은 시가지에서 굴착공사 시 적용되는 장지간 주형의 연결부이다. 일반적으로 적용되고 있는 연결부에서 상부 플랜지의 단차와 피로균열 등의 문제로 연결부의 신뢰도가 저하된다. 연결부의 결함을 보완하고 안전성을 향상시킨 개선형 연결부를 개발하였다. 유한요소 기반의 상용프로그램(ABAQUS)를 이용하여 개선형 연결부의 거동을 평가하였다. 먼저, 개선형 연결부에 적용되는 고장력 볼트 연결 및 강재와 콘크리트의 합성거동을 구현하기 위한 수치해석 방법을 제안하였다. 비교논문의 실험결과와 수치해석 결과의 비교를 통하여 개선형 연결부를 해석하는데 있어 수치해석 방법의 적합성을 검증하였다. 본 연구에서 제안하는 수치해석 방법을 적용하여 개선형 연결부와 일반형 연결부가 적용된 장지간 주형을 해석하였다. 장지간 주형의 탄소성 거동과 연결부의 응력분포를 수치 해석적으로 비교분석하였다. 개선형 연결부의 도입으로 25%의 압축응력이 감소되며 구조적 성능 개선효과 및 안전성을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제2권3호
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• pp.1-13
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• 1982

원구멍과 타원구멍을 갖는 두 개의 강판(鋼板)에 완전교번하중(完全交番荷重)(completely reversed load, completely alternating load ;같은 크기의 인장(引張) 압축(壓縮)의 반복)을 가할 때 유한요소법(有限要素法)을 써서 강복요소(降伏要素)가 발생하는 단계마다 각 절점(節點)의 변위(變位), 각 요소(要素)의 응력(應力) 및 변형률(變形率), 하중(荷重)의 크기 등을 계산하여 파괴력학적(破壞力學的)인 검토를 행하였다. 이로부터, 강판(鋼板)의 파괴기구(破壞機構)를 밝히는 데에 핵심이 된다고 생각되는 응력확대계수(應力擴大係數)를 계산할 수 있는 토대가 마련되었으며, 흠선단(先端)의 응력집중(應力集中)현상과 소성역(塑性域)의 변화과정이 밝혀졌다. 또, 재하(載荷) 중에 강복(降伏)을 경험한 부분에서는 강하(降荷)때에 영구변형(永久變形)(잔류변형(殘留變形))이 남게 되고 이것이 나머지의 제하(除荷)를 구속(拘束)하여 반대방향의 재하(載荷)의 효과를 일으킴으로서 흠선단(先端)에 가까운 부분에는 인장(引張) 후의 제하(除荷) 때에 심지어 압축재강복(壓縮再降伏)까지, 압축(壓縮) 후의 제하(除荷) 때에는 심지어 인장재강복(引張再降伏)까지 일으키며 이들이 인장(引張) 및 압축(壓縮)의 재하(載荷) 중의 강복(降伏)과 교번(交番)으로 반복됨으로써 흠선단(先端)에 파로(波勞)현상을 초래하게 된다는 사실을 예견할 수 있었다. 아울러 흠이 원구멍일 때와 타원구멍일 때의 계산결과를 비교하여 홈이 예리한 균열에 가까워질수록 빨리 파괴에 달하게 된다는 사실을 확인할 수 있었다.